ここでは、高 Si 少数キャリア寿命の高性能ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池を開発するためのプロトコルを提案する.
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この記事について
サマリー
要約
ショックレー現在に超えた Si 系太陽電池の効率を改善するために最適なパス III V 系太陽電池でそれらを統合することです。この作品は、高 Si 少数キャリア寿命と高結晶品質エピタキシャル成長層がギャップの高パフォーマンス ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池を紹介します。リン (P) を適用することによってことを示した-Si 少数キャリア寿命は分子線エピタキシー法 (MBE) のギャップ成長中に手入れの行き届いた、Si 基板に拡散層と罪x層。成長条件を制御することにより P リッチ Si 表面のギャップの高結晶品質を育った。映画の質は、原子間力顕微鏡および高分解能 x 線回折によって特徴付けられます。さらに、x MoO の大幅な増加につながった穴選択的接触として実装されました、短絡電流密度。ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池の達成の高いデバイスのパフォーマンスは、Si 系太陽電池の性能の更なる向上のためパスを確立します。
概要
全体的な太陽電池効率1,2を強化するために異なる格子不整合材料の統合には継続されています。III-V/Si 集積化には、さらに現在の Si 太陽電池の効率を向上し、多接合太陽電池用 Si 基板 (GaAs、Ge) など高価な III-V 基板に置き換える可能性があります。すべて III-V 族バイナリ材料システム、間でリン化ガリウム (ギャップ) Si と高間接バンド ギャップ最小格子不整合 (〜 0.4%) があり、この目的のため良い候補者です。これらの機能は、Si 基板とのギャップの高品質の統合を有効にできます。ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池がギャップと Si の間ユニークなバンド オフセットの恩恵によって従来パッシベーションエミッタ後部 Si 太陽電池3,4の効率を高めることができること理論的に示されている (∆Ev~1.05 eV および ∆Ec ~0.09 eV)。これはギャップにシリコン太陽電池用有望な電子選択的接触を行う.ただし、高パフォーマンス ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池を実現するために高 Si バルク寿命と品質ギャップ/Si インターフェイス必要です。
分子線エピタキシー....
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プロトコル
注意: は、化学物質を取扱う前にすべての関連化学物質等安全データ シート (MSDS) を参照してください。ヒューム フードと保護具 (保護メガネ、手袋、白衣、フルレングスのパンツ、閉じてつま先の靴) などを含む太陽電池作製を実行するときは、すべての適切な安全対策を使用してください。
1. Si ウエハの洗浄
- ピラニア溶液中の Si ウェーハをクリーン (H2O2/H2SO4) 110 ° C で
- ピラニアのソリューションを生成する (高密度ポリエチレン タンクと来世) 酸性浴で埋める 15.14 L H2のだから4 (96%) し、H2O2 (30%) の 1.8 L。
- 110 ° C で安定させるために液の温度を待つ
- 4 インチ径、フローティング ゾーン (FZ)、n 型、ダブル側研磨 Si ウェーハをクリーン 4"ウェハ カセット (ポリプロピレン、来世) に、10 分間ピラニア浴でボートを置きます。
- (DI) の脱イオン水で 10 分間リンスします。
- RCA 洗浄溶液 74 ° C で、Si ウェーハをクリーンします。
- HCl:H
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結果
ギャップ/Si の原子間力顕微鏡 (AFM) 画像と (004) 反射と (224) 反射近傍領域逆格子マップ (RSM) ロッキング カーブを含む高解像度の x 線回折 (XRD) スキャンを収集構造 (図 1)。AFM は MBE 成長したギャップの表面の形態を特徴付けるために使用された、XRD が GaP 層の結晶品質を調べるに使用されました。この作業で使用されるメソッドを保持する有効期間の有効性を検討するギャップ/シリコン構造と Si バルクの効果的な少数キャリアの寿命を測定しました。外部量子効率 (EQE) 表面反射、擬似光 J V (太陽-Voc) と光の最終的なデバイスが収集されたギャップ/Si の J V (図 2)。内部量子効率 (端) から生成された反射 EQE データを修正しました。光と擬似 J V パラメーターの表 1のとおりです。13.1% と 618 の開回路電圧 (Voc
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ディスカッション
公称 25 nm 厚 GaP 層エピタキシャルに成長 MBE による P リッチ Si 表面へ。比較的低い V/III Si 基板上 GaP 層の質の向上を成長するには、(P/Ga) 比率が望ましい。GaP 層の良い結晶質は高い導電性と再結合準位の低密度を達成するために必要です。原子間力顕微鏡根二乗平均平方根 (RMS) GaP 表面の ~0.52 nm (図 1 a) 低貫通転位密度の高い結晶品質を示すピットを持たない滑らかな表面を示します。さらに、滑らかなインターフェイスを示す ω 2 θ ロッキング曲線 (図 1 b) からペンデル縞が観察されました。ロッキング カーブ トリプル クリスタル ω から測定ギャップ ピークの半値幅で全幅は 〜 14 秒角、貫通転位密度が計算は 2 〜 10 ×6 cm-2。ギャップ/シリコン サンプル (224) 回折スポット付近 RSM (図 1 c) は、ギャップが完全に結晶.......
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開示事項
著者が明らかに何もありません。
謝辞
著者は、処理し、本研究では太陽電池のテストの彼らの貢献のため l. と m. Boccard を感謝したいです。著者が認める契約・ デ ・ EE0006335 の下で米国エネルギー省と全米科学財団とエネルギー効率のオフィスの工学研究センター プログラム、エネルギー省の再生可能エネルギーからの資金NSF の協力協定号下EEC-1041895。Som Dahal 太陽パワー研究室によって支えられた、一部では、NSF 契約 ECCS 1542160。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 過酸化水素、30% | ハネウェル10181019 | ||
| 硫酸、96% | KMGエレクトロニックケミカルズインク | 64103 | |
| 酸、37% | KMG電子化学品(株) | 64009 | |
| 緩衝酸化物エッチング 10:1 | KMG electronic chemicals, Inc. | 62060 | |
| ッ化水素酸、49% | ハネウェル | 10181736 | |
| 酢酸 | ハネウェル10180830 | ||
| 窒化物酸、69.5% | KMG電子化学株式会社 |
参考文献
- Friedman, D. J. Progress and challenges for next-generation high-efficiency multijunction solar cells. Current Opinion in Solid State & Materials Science. 14, 131-138 (2010).
- Vadiee, E., et al. AlGaSb-Based Solar Cells Grown on GaAs: Structural investigation and device performance. IEEE Journal of Photovoltaics. , (2017).
- Wagner, H., et al. A numerical simul....
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再版と許可
